分子篩的定義

　　中文名稱：分子篩 英文名稱：molecular sieve

　　定義：具網狀結構的天然或人工合成的化學物質。如交聯葡聚糖、沸石等，當作為層析介質時，可按分子大小對混合物進行分級分離。

　　所屬學科： 生物化學與分子生物學(一級學科) ；方法與技術(二級學科)

分子篩概念

分子篩

　　狹義上講，分子篩是結晶態的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成分子篩分子尺寸大小（通常為0.3~2.0 nm）的孔道和空腔體系，從而具有篩分分子的特性。然而隨著分子篩合成與應用研究的深入，研究者發現了磷鋁酸鹽類分子篩，并且分子篩的骨架元素（硅或鋁或磷）也可以由B、Ga、Fe、Cr、Ge、Ti、V、Mn、Co、Zn、Be和Cu等取代，其孔道和空腔的大小也可達到2 nm以上，因此分子篩按骨架元素組成可分為硅鋁類分子篩、磷鋁類分子篩和骨架雜原子分子篩；按孔道大小劃分，孔道尺寸小于2 nm、2~50 nm和大于50 nm的分子篩分別稱為微孔、介孔和大孔分子篩。由于具有較大的孔徑，成為較大尺寸分子反應的良好載體，但介孔材料的孔壁為非晶態，致使其水熱穩定性和熱穩定性尚不能滿足石油化工應用所需的苛刻條件。

　　由于含有電價較低而離子半徑較大的金屬離子和化合態的水，水分子在加熱后連續地失去，但晶體骨架結構不變，形成了許多大小相同的空腔，空腔又有許多直徑相同的微孔相連，這些微小的孔穴直徑大小均勻，能把比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內部中來，而把比孔道大的分子排斥在外,因而能把形狀直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點不同的分子，飽和程度不同的分子分離開來，即具有“篩分”分子的作用，故稱為分子篩。目前分子篩在冶金，化工，電子，石油化工，天然氣等工業中廣泛使用。

常用分子篩

　　氣體行業常用的分子篩型號;
　　A型:鉀A(3A),鈉A(4A),鈣A(5A),
　　X型:鈣X(10X),鈉X(13X)
　　Y型:,鈉Y,鈣Y

分子篩特點

　　分子篩吸濕能力極強,用于氣體的純化處理,保存時應避免直接暴露在空氣中。存放時間較長并已經吸濕分子篩的分子篩使用前應進行再生。分子篩忌油和液態水。使用時應盡量避免與油及液態水接觸。工業生產中干燥處理的氣體有,空氣,氫氣,氧氣,氮氣,氬氣等.用兩只吸附干燥器并聯，一只工作，同時另一只可以進行再生處理。相互交替工作和再生，以保證設備連續運行。干燥器在8-12℃下工作，在加溫至350℃下沖氣再生。不同規格的分子篩再生溫度略有不同。分子篩對某些有機氣相反應具有良好的催化作用。

　　又稱泡沸石或沸石,是一種結晶型的鋁硅酸鹽,其晶體結構中有規整而均勻的孔道，孔徑為分子大小的數分子篩量級,它只允許直徑比孔徑小的分子進入,因此能將混合物中的分子按大小加以篩分。故稱分子篩。早在200多年前,B.克龍施泰特第一個把鋁硅酸鹽命名為泡沸石，化學組成通式為 式中M與n是金屬離子及其價數；x是二氧化硅的分子數;y是水的分子數；p是鋁的原子數；q是硅的原子數。分子篩在化學工業中作為固體吸附劑，被其吸附的物質可以解吸，分子篩用后可以再生。還用于氣體和液體的干燥、純化、分離和回收。20世紀60年代開始，在石油煉制工業中用作裂化催化劑，現在已開發多種適用于不同催化過程的分子篩催化劑。

分子篩種類

分子篩

　　分子篩有天然沸石和合成沸石兩種。①天然沸石大部分由火山凝灰巖和凝灰質沉積巖在海相或湖相環境中發生反應而形成。目前已發現有1000多種沸石礦，較為重要的有35種，常見的有斜發沸石、絲光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分布于美、日、法等國，中國也發現有大量絲光沸石和斜發沸石礦床，日本是天然沸石開采量最分子篩大的國家。②因天然沸石受資源限制，從20世紀50年代開始，大量采用合成沸石（見表）。

　　商品分子篩常用前綴數碼將晶體結構不同的分子篩加以分類,如3A型、4A型、5A型分子篩。4A型即表中A類，孔徑4Å。含Na+的A型分子篩記作Na-A,若其中Na+被K+置換,孔徑約為3Å，即為3A型分子篩；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置換,孔徑約為5Å，即為5A型分子篩。

分子篩性能

　　分子篩為粉末狀晶體，有金屬光澤，硬度為3～5，相對密度為2～2.8，天然沸石有顏色，合成沸石為白色,不溶于水,熱穩定性和耐酸性隨著SiO₂/Al₂O₃組成比的增加而提高。分子篩有很大的比表面積,達300～1000m²/g，內晶表面高度極化，為一類高效吸附劑，也是一類固體酸，表面有很高的酸濃度與酸強度，能引起正碳離子型的催化反應。當組成中的金屬離子與溶液中其他離子進行交換時，可調整孔徑，改變其吸附性質與催化性質，從而制得不同性能的分子篩催化劑。

分子篩生產方法

分子篩

有水熱合成、水熱轉化和離子交換等法：

　　①　水熱合成法　用于制取純度較高的產品，以及合成自然界中不存在的分子篩。將含硅化合物（水分子篩玻璃、硅溶膠等）、含鋁化合物（水合氧化鋁、鋁鹽等）、堿（氫氧化鈉、氫氧化鉀等）和水按適當比例混合，在熱壓釜中加熱一定時間，即析出分子篩晶體。合成過程可用下式表示：

　　工業生產流程中一般先合成Na-分子篩，如13X型與10X型分子篩的合成（見圖）。在水熱合成過程中添加某些添加劑可以改變最終產品的結構,如加入季胺鹽可得到ZSM-5型分子篩。

　　②　水熱轉化法　在過量堿存在時，使固態鋁硅酸鹽水熱轉化成分子篩。所用原料有高嶺土、膨潤土、硅藻土等，也可用合成的硅鋁凝膠顆粒。此法成本低，但產品純度不及水熱合成法。

　　③　離子交換法　通常在水溶液中將Na－分子篩轉變為含有所需陽離子的分子篩，通式如下：

　　式中 Z-表示陰離子骨架，Me+表示需交換的陽離子，例如NH嬃、Ca2+、Mg2+、Zn2+等,原料通常為中空玻璃分子篩氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽。溶液中不同性質的陽離子交換到分子篩上的難易程度不同，稱為分子篩對陽離子的選擇順序，例如：13X型分子篩的選擇順序為Ag+、Cu2+、H+、Ba2+、Au3+、Th4+、Sr2+、Hg2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Ca2+、Co2+、NH嬃、K+、Au2+、Na+、Mg2+、Li+。常用下列參數表示交換結果：交換度，即交換下來的Na+量占分子篩中原有Na+量的百分數；交換容量,為每100克分子篩中交換的陽離子毫克當量數；交換效率，表示溶液中陽離子交換到分子篩上的質量百分數。為了制取合適的分子篩催化劑，有時尚需將交換所得產物與其他組分調配，這些組分可能是其他催化活性組分、助催化劑、稀釋劑或粘合劑等，調配好的物料經成型即可進行催化劑的活化。

分子篩結構

　　由此構成的蛋白多糖聚合體曲折盤繞，形成多微孔的篩狀結構，稱為分子篩。分子篩只允許小于其微分子篩孔的物質通過，對大于其微孔的大分子物質、細菌等則具有屏障作用。使基質成為限制細菌等有害物質擴散的防御屏障。溶血性鏈球菌和癌細胞等能產生透明質酸酶，分解蛋白多糖，破壞基質結構，得以擴散。蛋白多糖聚合體上還結合著許多親水基團，能結合大量水分子，形成細胞外“儲水庫”。

分子篩簡介

　　分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物。分子篩具有均勻的微孔結構，它的孔穴直徑大小均勻，這些孔穴能把比其直徑小的分子吸附到孔腔的內部，并對極性分子和飽和分子具有優先吸附能力，因而能把極性程度不同，飽和程度不同，分子大小不同及沸點不同的分子分離開來，即具有“篩分”分子的作用，故稱分子篩。由于分子篩具有吸附能力高，熱穩定性強等其它吸附劑所沒有的優點，使得分子篩獲得廣泛的應用。